Book/Report

FZJ-2019-01860

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Molekulare Determinanten für Ca$^{2+}$-Blockierung und Ca$^{2+}$-Permeabilität in zyklisch Nukleotid-gesteuerten Ionenkanälen

Seifert, R. G. (Corresponding author)FZJ*

1997
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21839

Report No.: Juel-3362

Abstract: Zyklisch Nukleotid-gesteuerte Ionenkanäle (eng-Kanäle) sind Kationenkanäle, die in der Signaltransduktion verschiedener sensorischer und nicht-sensorischer Zellen eine bedeutende Rolle spielen. Sie leiten sowohl mono- als auch divalente Kationen. Während divalente Kationen durch den Kanal fließen, blockieren sie gleichzeitig spannungs- und dosisabhängig den Strom monovalenter Kationen. Da Ca$^{2+}$ für die Signaltransduktion und Adaptation von Zellen sehr wichtig ist, sollte die Wechselwirkung von cng-Kanälen mit Ca$^{2+}$-Ionen genauer untersucht werden. Es wurden $\alpha$-Untereinheiten von verschiedenen cng-Kanälen heterologexprimiert und in der outside-out Konfiguration elektrophysiologisch untersucht. Obwohl ihre Aminosäuresequenzen im Porenbereich sehr ähnlich sind, unterscheiden sich die untersuchten $\alpha$-Untereinheiten deutlich in ihrer Ca$^{2+}$-Blockierbarkeit. Die Sehstäbchenkanäle werden arn stärksten durch extrazelluläres Ca$^{2+}$ blockiert, danach folgen die Kanäle der Sehzapfengruppe und anschließend die Kanäle aus dem olfaktorischen Epithel. Aus dem Verlauf der Spannungsabhängigkeit dieser Blockierung kann geschlossen werden, daß die $\alpha$-Untereinheiten aus Sehstäbchen viel weniger Ca$^{2+}$ transportieren als die entsprechenden $\alpha$-Untereinheiten aus Zapfen und aus OSN. Der $\textit{Drosophila}$-Kanal zeigt bei negativen Spannungen die geringste Blockierbarkeit durch Ca$^{2+}$ und trägt den größten Ca$^{2+}$-Strom. Die Spannungsabhängigkeit der Ca$^{2+}$-Blockierung verschiedener Kanäle konnte durch ein einfaches kinetisches Modell beschrieben werden, das die Interpretation der unterschiedlichen Leitfähigkeiten unterstützt. Um die Proteinbereiche in den cng-Kanälen zu identifizieren, die die Ca$^{2+}$-Wechselwirkung beeinflussen, wurden in verschiedene $\alpha$-Untereinheiten Mutationen eingeführt und die Eigenschaften der Mutanten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß Unterschiede in der Aminosäuresequenz im unmittelbaren Porenbereich nicht für die unterschiedliche Blockierbarkeit der $\alpha$-Untereinheiten verantwortlich sind. Der Bereich, der die transmembranalen Segmente S$_{5}$ und S$_{6}$ und die dazwischenliegende Pore einschließt (S$_{5}$-P-S$_{6}$) wurde in einem Chimärenprojekt als allein bestimmend für die charakteristische Wechselwirkung von Ca$^{2+}$ mit der cng-Kanalpore identifiziert. Innerhalb dieses Bereiches bewirken viele der untersuchten Aminosäureaustausche jeweils kleine Veränderungen in der Blockierbarkeit. Es konnte gezeigt werden, daß der Bereich S$_{5}$-P-S$_{6}$ das Protonierungsmuster und möglicherweise auch die Koordinationsgeometrie der Ca$^{2+}$-Bindestelle in der Porebeeinflußt. Die Eigenschaften homooligomerer cng-Kanäle und spannungsgesteuerter Ca$^{2+}$-Kanäle weisen viele Übereinstimmungen hinsichtlich der Wechsel wirkungen mit Ca$^{2+}$ auf. Ein Modell für Ca$^{2+}$-Kanäle, nach dem im Porenbereich gleichzeitig mehrere Ca$^{2+}$-Ionen binden können, wurde auf cng-Kanäle angewendet. Dieses Modell erklärt die Wechselwirkungen von Ca$^{2+}$ mit cng-Kanälen und beschreibt deren Permeationseigenschaften. Im Gegensatz zu Ca$^{2+}$-Kanälen und $\alpha$-homooligomeren cng-Kanälen werden heterooligomere Kanäle aus $\alpha$- und $\beta$-Untereinheiten weniger stark von Ca$^{2+}$ Ionen blockiert und leiten deshalb größere Na$^{+}$-Ströme. cng-Kanäle $\textit{in situ}$ können deshalb, in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung, einerseits der elektrischen Erregbarkeit, andererseits als Ca$^{2+}$-Einstromquelle dienen.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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